中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)與有效載荷配置

李春來(lái)，劉建軍，耿言，曹晉濱，張鐵龍，方廣有，楊建峰，舒嶸，鄒永廖，林楊挺，歐陽(yáng)自遠(yuǎn)

（1. 中國(guó)科學(xué)院 月球與深空探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2. 中國(guó)科學(xué)院 國(guó)家天文臺(tái)，北京 100101；3. 北京航空航天大學(xué) 宇航學(xué)院，北京 100191；4. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026；5. 中國(guó)科學(xué)院 電子學(xué)研究所，北京 100190；6. 中國(guó)科學(xué)院 西安光學(xué)精密機(jī)械研究所，西安 710119；7. 中國(guó)科學(xué)院 上海技術(shù)物理研究所，上海 200083；8. 中國(guó)科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；9. 探月與航天工程中心，北京 100190）

引 言

人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)系的探測(cè)，20世紀(jì)50年代由月球探測(cè)起步，在60年代逐步拓展到火星、金星以及太陽(yáng)和行星際的探測(cè)；在70年代，開(kāi)始了全太陽(yáng)系的探測(cè)，拓展到太陽(yáng)系其它行星——木星、土星、水星、天王星與海王星的探測(cè)；80年代開(kāi)始，進(jìn)一步拓展到太陽(yáng)系的各類(lèi)小天體——彗星、火衛(wèi)一、小行星及土衛(wèi)六；進(jìn)入21世紀(jì)以后，深空探測(cè)首次拓展到對(duì)冥王星的探測(cè)。60多年來(lái)，人類(lèi)對(duì)月球、類(lèi)地行星、類(lèi)木行星、矮行星、行星的衛(wèi)星、小行星、彗星等太陽(yáng)系各類(lèi)天體進(jìn)行了全方位、多手段的科學(xué)探測(cè)，并對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行了多視角深空探測(cè)，獲得了許多意想不到的新發(fā)現(xiàn)和新成果，深化了對(duì)太陽(yáng)系各類(lèi)天體的表面特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間環(huán)境的了解，為尋求解決太陽(yáng)系起源和演化這一基本科學(xué)問(wèn)題提供了基礎(chǔ)資料。隨著世界經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和科技的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)探索太陽(yáng)系的起源與演化、尋找地外生命、拓展生存空間的需求越來(lái)越迫切，世界各主要航天國(guó)家紛紛制定了宏偉的深空探測(cè)規(guī)劃[1-8]。

太陽(yáng)系有八大行星，其中水星、金星、地球和火星被稱(chēng)為類(lèi)地行星，它們體積較小，具有固體的巖石表面，可以用地質(zhì)學(xué)方法來(lái)研究?；鹦侵馐悄拘恰⑼列?、天王星和海王星4個(gè)巨行星，也叫類(lèi)木行星，它們體積巨大，主要由氣體和液體組成，表面沒(méi)有固體的巖石。目前人類(lèi)大多數(shù)的行星探測(cè)任務(wù)主要針對(duì)類(lèi)地行星。

火星是離太陽(yáng)第四近的行星，大小正好處在地球和月球之間，平均赤道半徑為3 398 km，約為地球的1/2，月球的2倍；火星的質(zhì)量為6.46 × 1026g，平均密度為3.94 g/cm3，而地球?yàn)?.5 g/cm3?；鹦堑倪\(yùn)行軌道為明顯的橢圓形，繞日公轉(zhuǎn)周期為687天，約為2個(gè)地球年[1,9]?；鹦堑淖赞D(zhuǎn)軸傾角和軌道偏心率都會(huì)發(fā)生周期性變化，自轉(zhuǎn)軸傾角的變化周期為120萬(wàn)年，變化范圍為14.9°～35.3°（現(xiàn)為25°），偏心率的變化周期約為200萬(wàn)年，變化范圍為0.004～0.141（現(xiàn)為0.097）?；鹦堑墓D(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)參數(shù)的變化對(duì)表面地質(zhì)作用和氣候變化會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因此，對(duì)火星的探測(cè)與研究有助于人類(lèi)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地球和太陽(yáng)系的形成和演化，預(yù)測(cè)地球的未來(lái)變化趨勢(shì)。

根據(jù)目前的探測(cè)成果，火星上可能存在過(guò)生命和液態(tài)水，經(jīng)過(guò)改造有望成為太陽(yáng)系中的另一顆宜居行星，為人類(lèi)向火星移民，開(kāi)辟新的生存空間提供了新的希望。由此，探測(cè)火星生命活動(dòng)的信息、探尋火星是否存在過(guò)生命以及火星生命活動(dòng)的環(huán)境成為當(dāng)今火星探測(cè)的科學(xué)主題[10-11]。

2020年中國(guó)將實(shí)施首次火星探測(cè)任務(wù)，科學(xué)目標(biāo)和有效載荷配置是工程任務(wù)的重要頂層設(shè)計(jì)之一。本文簡(jiǎn)要回顧了國(guó)外已實(shí)施火星探測(cè)任務(wù)的主要科學(xué)目標(biāo)，介紹了首次火星探測(cè)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)、有效載荷配置，并分析了我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)的創(chuàng)新性和特色。

1 已實(shí)施火星探測(cè)任務(wù)的主要科學(xué)目標(biāo)和成果

人類(lèi)對(duì)火星的探測(cè)活動(dòng)自1961年以來(lái)一直持續(xù)至今，目前已實(shí)施的探測(cè)活動(dòng)已經(jīng)達(dá)到43次，而且近期還有多項(xiàng)計(jì)劃正在實(shí)施。2011年，中國(guó)搭載在俄羅斯Phobos-Grunt探測(cè)器上的“螢火1號(hào)”，嘗試開(kāi)展火星探測(cè)，但發(fā)射失敗。迄今為止，人類(lèi)成功和部分成功的火星探測(cè)任務(wù)一共有23次。

火星是地球的近鄰，了解火星的演化對(duì)了解地球的過(guò)去歷史和未來(lái)演化有十分重要的意義?；鹦潜砻嫔鲜欠裨?jīng)存在過(guò)生命，現(xiàn)今是否依然存在生命，是人類(lèi)尤為關(guān)心的問(wèn)題。圍繞火星是否曾經(jīng)存在生命的探索一直是火星探測(cè)的重要主題。從近20年來(lái)火星探測(cè)任務(wù)和主要成果來(lái)看（見(jiàn)表1），火星曾有足夠的內(nèi)部熱能、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、具有全球性?xún)?nèi)稟偶極子磁場(chǎng)、巖漿-火山作用活躍，形成了太陽(yáng)系最高的火山山峰（奧林帕斯山）和太陽(yáng)系最長(zhǎng)的峽谷（水手大峽谷）；火星曾有比現(xiàn)在濃密得多的大氣層，表面存在過(guò)液態(tài)水，火星表面觀測(cè)到干凅的水系、湖泊和海洋盆地，火星有過(guò)適宜生命繁衍的環(huán)境，并可能發(fā)育過(guò)生命；火星存在小天體撞擊形成巨大撞擊坑和洪水沖刷的痕跡。現(xiàn)今的火星表面是干旱、寒冷的世界，沒(méi)有液態(tài)水，大氣成分以二氧化碳為主，大氣稀薄，小于1%大氣壓，塵暴肆虐；全球內(nèi)稟偶極磁場(chǎng)已消失，成為區(qū)域性的多極子弱磁場(chǎng)；構(gòu)造和巖漿活動(dòng)已基本停息，水體可能轉(zhuǎn)入地下，火星是一顆老年期的行星?？偨Y(jié)和回顧已經(jīng)成功實(shí)施的歷次火星探測(cè)任務(wù)和科學(xué)目標(biāo)，以期為我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)中科學(xué)目標(biāo)的遴選和確定提供參考依據(jù)。從近幾十年來(lái)的火星探測(cè)任務(wù)，可以發(fā)現(xiàn)其科學(xué)目標(biāo)主要集中在以下方面：

表1 近20年來(lái)火星探測(cè)任務(wù)及其主要成果Table 1 The mission of Mars exploration and its main achievements over the past 20 years

1）火星大氣特征和氣候變化研究。檢測(cè)火星中性大氣層的結(jié)構(gòu)和成分、氣象和氣候特征及其變化特征，尋找過(guò)去氣候變化的證據(jù)，研究火星氣象與氣候的演化歷史及未來(lái)變化趨勢(shì)[12]。

2）火星地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造研究。探測(cè)火星地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、土壤與巖石的礦物組成和化學(xué)成分、沉積巖的分布范圍和相對(duì)年齡、極地水冰與干冰的分布與變化特征，研究火星地質(zhì)演化歷史和表面演化過(guò)程，并為火星上水的存在和水體演化提供證據(jù)[12-18]。

3）火星物理場(chǎng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究。進(jìn)一步探測(cè)火星附近的物理場(chǎng)，包括火星磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、電離層；開(kāi)展火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測(cè)與地球的對(duì)比研究，探討類(lèi)地行星的演化史[12,19-20]。

4）火星上的水和生命信息探測(cè)。搜尋火星上的水，研究火星水體的演化，尋找火星生命存在的證據(jù)[21]。

5）火星科學(xué)觀測(cè)臺(tái)站和實(shí)驗(yàn)室。在火星上建立科學(xué)觀測(cè)臺(tái)站，監(jiān)測(cè)和研究火星表面的變化及氣候環(huán)境；探測(cè)火星上可能存在的資源，為就位開(kāi)發(fā)與利用火星資源提供科學(xué)依據(jù)[5]。

我國(guó)火星探測(cè)的主要科學(xué)目標(biāo)應(yīng)圍繞上述幾個(gè)方面展開(kāi)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)我國(guó)深空探測(cè)能力和科研實(shí)力，合理選擇和確定適合國(guó)情、特色明顯、具有一定創(chuàng)新性的火星探測(cè)科學(xué)目標(biāo)。

2 首次火星探測(cè)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)

根據(jù)我國(guó)深空探測(cè)的總體規(guī)劃和國(guó)際火星探測(cè)科學(xué)研究的進(jìn)展，經(jīng)深化論證，確定了我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)包括：

1）研究火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征。探測(cè)火星全球地形地貌特征，獲取典型地區(qū)的高精度形貌數(shù)據(jù)，開(kāi)展火星地質(zhì)構(gòu)造成因和演化研究。

2）研究火星表面土壤特征與水冰分布。探測(cè)火星土壤種類(lèi)、風(fēng)化沉積特征和全球分布，搜尋水冰信息，開(kāi)展火星土壤剖面分層結(jié)構(gòu)研究。

3）研究火星表面物質(zhì)組成。識(shí)別火星表面巖石類(lèi)型，探查火星表面次生礦物，開(kāi)展表面礦物組成分析。

4）研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征。探測(cè)火星空間環(huán)境及火星表面氣溫、氣壓、風(fēng)場(chǎng)，開(kāi)展火星的電離層結(jié)構(gòu)和表面天氣季節(jié)性變化規(guī)律研究。

5）研究火星物理場(chǎng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。探測(cè)火星磁場(chǎng)特性。開(kāi)展火星早期地質(zhì)演化歷史及火星內(nèi)部質(zhì)量分布和重力場(chǎng)研究。

瞄準(zhǔn)2020年發(fā)射窗口，我國(guó)首次火星探測(cè)的主要探測(cè)內(nèi)容和指標(biāo)如下：

火星全球成像與火星地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌探測(cè)。地元分辨率優(yōu)于100 m @ 400 km；重點(diǎn)地區(qū)高精度成像與詳細(xì)勘測(cè)，對(duì)火星可能存在水的區(qū)域、沉積地層和流水地貌進(jìn)行高分辨成像，局部成像分辨率優(yōu)于0.5 m @265 km。

火星次表層結(jié)構(gòu)和地下水冰探測(cè)。次表層結(jié)構(gòu)穿透深度約100 m，極區(qū)冰層穿透深度約1 000 m，厚度分辨能力為米級(jí)。

火星表面光譜和激光誘導(dǎo)光譜探測(cè)。分析火星表面礦物巖石光譜，識(shí)別礦物及其分布，光譜范圍0.45～3.4 μm。識(shí)別火星表面礦物主要元素分布，探測(cè)精度優(yōu)于10%。

地火空間和近火空間環(huán)境探測(cè)。離子能量范圍5 eV ～25 keV，中性粒子能量范圍50 eV ～3 keV，電子能量范圍0.1～12 MeV，質(zhì)子能量范圍2 ～100 MeV，重離子能量范圍25～300 MeV。

火星空間磁場(chǎng)與著陸區(qū)磁場(chǎng)探測(cè)?；鹦强臻g磁強(qiáng)測(cè)量范圍± 2 000 nT，分辨率優(yōu)于0.01 nT；火星表面磁場(chǎng)測(cè)量范圍± 2 000 nT，分辨率優(yōu)于0.01 nT，量程± 65 000 nT。

上述5個(gè)科學(xué)目標(biāo)，將通過(guò)環(huán)繞探測(cè)和巡視探測(cè)共同實(shí)現(xiàn)，圍繞火星是否存在過(guò)生命或生命存在的環(huán)境，以及火星演化和太陽(yáng)系的起源與演化兩大科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展（見(jiàn)表2）。其中，環(huán)繞探測(cè)著眼于開(kāi)展火星全球性、整體性和綜合性的詳查探測(cè)，建立火星總體性和全局性的科學(xué)認(rèn)知；巡視探測(cè)專(zhuān)注于火星表面重點(diǎn)地區(qū)的高精度、高分辨的精細(xì)探測(cè)和就位分析。通過(guò)環(huán)繞器與火星車(chē)的獨(dú)立探測(cè)和天地同時(shí)探測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的表面形貌、土壤特性、物質(zhì)成分、水冰、大氣電離層、磁場(chǎng)等的科學(xué)探測(cè)。

3 有效載荷配置

3.1 環(huán)繞探測(cè)有效載荷配置

環(huán)繞探測(cè)是目前火星探測(cè)的主要方式之一，有利于獲得火星全球性的探測(cè)資料，在火星研究過(guò)程中建立總體、全局的概念，因此是行星探測(cè)開(kāi)始階段的首選方式。根據(jù)首次火星探測(cè)科學(xué)目標(biāo)，結(jié)合國(guó)際火星探測(cè)和科學(xué)研究的進(jìn)展以及我國(guó)航天科技的發(fā)展水平，我國(guó)首次火星環(huán)繞探測(cè)的主要科學(xué)任務(wù)包括以下5個(gè)方面：

1）火星大氣電離層分析及行星際環(huán)境探測(cè)。

2）火星表面和地下水冰的探測(cè)。

3）火星土壤類(lèi)型分布和結(jié)構(gòu)探測(cè)。

表2 火星探測(cè)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)、擬解決的科學(xué)問(wèn)題、科學(xué)任務(wù)和有效載荷配置Table 2 Scientific goals，scientific tasks and payload configuration of China's first Mars exploration mission

4）火星地形地貌特征及其變化探測(cè)。

5）火星表面物質(zhì)成分的調(diào)查和分析。

為了完成環(huán)繞探測(cè)科學(xué)任務(wù)，環(huán)繞器配置了中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、環(huán)繞器次表層探測(cè)雷達(dá)、火星礦物光譜分析儀、火星磁強(qiáng)計(jì)、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀共7種有效載荷，環(huán)繞器有效載荷配置及其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

3.2 巡視探測(cè)有效載荷配置

首次火星探測(cè)任務(wù)將同時(shí)對(duì)火星進(jìn)行遙感探測(cè)和區(qū)域精細(xì)探測(cè)，兩者互為補(bǔ)充，深化對(duì)火星的科學(xué)認(rèn)識(shí)。其中，火星巡視探測(cè)主要完成以下4方面科學(xué)任務(wù)：

1）火星巡視區(qū)形貌和地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)。

2）火星巡視區(qū)土壤結(jié)構(gòu)（剖面）探測(cè)和水冰探查。

3）火星巡視區(qū)表面元素、礦物和巖石類(lèi)型探。

4）火星巡視區(qū)大氣物理特征與表面環(huán)境探測(cè)。

為了完成巡視探測(cè)科學(xué)任務(wù)，火星車(chē)配置了火星表面成分探測(cè)儀、多光譜相機(jī)、地形相機(jī)、火星車(chē)次表層探測(cè)雷達(dá)、火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀、火星氣象測(cè)量?jī)x共6種有效載荷，火星車(chē)有效載荷配置及其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

4 科學(xué)目標(biāo)創(chuàng)新與特色分析

我國(guó)首次火星探測(cè)科學(xué)目標(biāo)和探測(cè)任務(wù)是在總結(jié)國(guó)際上已有的火星探測(cè)科學(xué)目標(biāo)基礎(chǔ)上，從火星探測(cè)的現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)出發(fā)，立足國(guó)家需求，瞄準(zhǔn)國(guó)際深空探測(cè)的熱點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題，突出創(chuàng)新，制定出來(lái)的。我國(guó)首次火星探測(cè)科學(xué)目標(biāo)充分體現(xiàn)了與時(shí)俱進(jìn)、自成體系的特色，有助于推動(dòng)我國(guó)深空探測(cè)工程的跨越式發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

4.1 探測(cè)方式

我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)將同時(shí)實(shí)施環(huán)繞探測(cè)和巡視探測(cè)，在國(guó)際上尚屬首次。這種探測(cè)方式著眼于環(huán)繞器與火星車(chē)有效載荷之間的互動(dòng)和配合，互為補(bǔ)充。

一方面環(huán)繞探測(cè)與巡視探測(cè)可以進(jìn)行物質(zhì)成分、土壤特性、水冰等探測(cè)的天地相互驗(yàn)證。在物質(zhì)成分探測(cè)方面，環(huán)繞器配置了火星礦物光譜分析儀，火星車(chē)配置了火星表面成分探測(cè)儀；在土壤特性和水冰探測(cè)方面，環(huán)繞器配置了遙感方式的雙極化雷達(dá)，火星車(chē)配置了次表層探測(cè)全極化雷達(dá)。這種既有著眼于火星全球、全局的探測(cè)，又有著眼于火星局部地區(qū)的高精度探測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)任務(wù)的天地驗(yàn)證和互相補(bǔ)充。

另一方面通過(guò)兩器聯(lián)合探測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣、電離層、磁場(chǎng)等的全面探測(cè)。環(huán)繞器上配置火星磁強(qiáng)計(jì)、火星離子與中性粒子分析儀和火星能量粒子分析儀，火星車(chē)上配置表面磁場(chǎng)探測(cè)儀、氣象測(cè)量?jī)x，可以實(shí)現(xiàn)從火星表面到近火空間的大氣、電離層和磁場(chǎng)的全面探測(cè)。

4.2 水冰探測(cè)

水冰探測(cè)任務(wù)是我國(guó)首次火星探測(cè)最重要的科學(xué)目標(biāo)，將采取直接探測(cè)和間接探測(cè)相結(jié)合的方式。

1）遙感探測(cè)和就位探測(cè)相結(jié)合，進(jìn)行水冰的直接探測(cè)。通過(guò)火星車(chē)巡視對(duì)火星進(jìn)行次表層結(jié)構(gòu)高分辨率、全極化探測(cè)，并確定水冰是否存在。通過(guò)環(huán)繞器雙極化雷達(dá)回波信號(hào)判斷火星上及地下是否存在水冰。

2）火星地形的間接探測(cè)。配置高分辨率相機(jī)、中分辨率相機(jī)和就位探測(cè)相機(jī)，對(duì)水相地貌進(jìn)行探測(cè)。

3）火星巖石和礦物的探測(cè)。配置火星表面成分探測(cè)儀，結(jié)合古湖泊、古河道、沖積洲等水相地貌，尋找碳酸鹽類(lèi)礦物或赤鐵礦、層狀硅酸鹽、含水硫酸鹽、高氯酸鹽礦物等風(fēng)化成因礦物，探測(cè)水變質(zhì)對(duì)這些礦物形成的影響，建立火星表面水相環(huán)境和次生礦物種類(lèi)的聯(lián)系，尋找火星歷史上液態(tài)水存在的環(huán)境條件。

表4 火星車(chē)有效載荷配置和主要技術(shù)指標(biāo)Table 4 Payload configuration and main technical parameters of Mars rover

4.3 土壤探測(cè)

從火星全球土壤類(lèi)型分布、土壤次表層結(jié)構(gòu)、土壤物質(zhì)成分探測(cè)，到火星局部區(qū)域的土壤結(jié)構(gòu)剖面、土壤物質(zhì)成分探測(cè)，系統(tǒng)地提出了火星土壤研究的科學(xué)目標(biāo)。具體包括：

1）環(huán)繞器和火星車(chē)上同時(shí)配置次表層探測(cè)雷達(dá)，探測(cè)火星土壤的結(jié)構(gòu)信息，包括厚度，分層情況等。

2）環(huán)繞器配置火星礦物光譜分析儀，火星車(chē)配置火星表面成分探測(cè)儀，探測(cè)火星土壤物質(zhì)成分。

4.4 空間環(huán)境探測(cè)

環(huán)繞器配置火星磁強(qiáng)計(jì)、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀、甚低頻射電接收設(shè)備，開(kāi)展場(chǎng)與粒子的聯(lián)合探測(cè)，系統(tǒng)研究火星大氣、電離層及其與太陽(yáng)風(fēng)的相互作用，揭示火星空間環(huán)境變化特征與演變規(guī)律。具體包括：

1）探測(cè)火星電離層的導(dǎo)電性及電流分布。

2）探測(cè)火星電離層中的等離子體波特性。

3）研究火星大氣中高能粒子輻射能譜和成分的三維空間分布。

4）探測(cè)行星際甚低頻射電輻射。

4.5 物理場(chǎng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測(cè)

利用環(huán)繞器上的磁強(qiáng)計(jì)探測(cè)火星空間磁場(chǎng)環(huán)境；根據(jù)火星磁場(chǎng)及太陽(yáng)風(fēng)磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究火星電離層及磁鞘與太陽(yáng)風(fēng)磁場(chǎng)相互作用機(jī)制。

在火星車(chē)上搭載火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀，探測(cè)著陸區(qū)火星磁場(chǎng)，確定火星磁指數(shù)；環(huán)繞器磁強(qiáng)計(jì)與火星車(chē)表面磁場(chǎng)探測(cè)儀相互配合，探測(cè)研究火星空間磁場(chǎng)，反演火星電離層發(fā)電機(jī)電流，研究火星電離層電導(dǎo)率等特性。實(shí)現(xiàn)對(duì)火星磁場(chǎng)的立體動(dòng)態(tài)觀測(cè)，可以更有效地研究火星電離層及磁鞘磁場(chǎng)小尺度結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。利用天然磁場(chǎng)躍變，探測(cè)火星內(nèi)部局部構(gòu)造。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)、特別是航天技術(shù)的飛速發(fā)展，世界各空間大國(guó)開(kāi)展了對(duì)太陽(yáng)系天體的探測(cè)，先后對(duì)月球、各大行星及其衛(wèi)星、小行星、彗星等太陽(yáng)系各類(lèi)天體進(jìn)行了全方位、多手段的深空探測(cè)，深入了解太陽(yáng)系各類(lèi)天體的地質(zhì)背景和空間環(huán)境，尋求解決太陽(yáng)系起源和演化這一人類(lèi)面臨的最基礎(chǔ)的科學(xué)問(wèn)題。

我國(guó)開(kāi)展首次火星探測(cè)工程，將通過(guò)探測(cè)火星磁層、電離層與大氣層的結(jié)構(gòu)、成分與特征，研究火星磁層、電離層與大氣層的成因以及火星氣候的變化及其演化歷史；探測(cè)火星土壤分布、成分與特征，特別是硫酸鹽、高氯酸鹽、赤鐵礦等的分布，研究火星環(huán)境演化；探測(cè)火星地形地貌，研究風(fēng)、水（冰）、火山、撞擊和構(gòu)造活動(dòng)等在火星表面形貌的形成與改造中的作用，揭示火星地質(zhì)特征和演化歷史，開(kāi)展比較行星學(xué)研究，制作火星全球性影像圖并優(yōu)選和勘查火星取樣返回著陸區(qū)；探測(cè)火星表面主要元素的含量與分布，計(jì)算礦物和各種巖石類(lèi)型的分布，探尋火星沉積巖的分布，研究火星地質(zhì)演化歷史；探測(cè)火星地下水體的分布與儲(chǔ)存量，研究火星液態(tài)水的逃逸和轉(zhuǎn)移過(guò)程；探測(cè)火星磁場(chǎng)和重力場(chǎng)的特征，與類(lèi)地行星做比較研究。綜合上述探測(cè)成果，研究火星生命存在環(huán)境，以及火星演化和太陽(yáng)系的起源與演化，為人類(lèi)面臨的最基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題提供線(xiàn)索和支撐。

我國(guó)開(kāi)展首次火星探測(cè)，將是繼月球探測(cè)之后的又一重要標(biāo)志性工程，對(duì)進(jìn)一步增強(qiáng)中華民族的自信心、自豪感和凝聚力，激勵(lì)中國(guó)人民的開(kāi)拓、奉獻(xiàn)和創(chuàng)新精神將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。同時(shí)，火星探測(cè)將深化人類(lèi)對(duì)地球、太陽(yáng)系乃至整個(gè)宇宙的起源、演化及其特性的認(rèn)知，推動(dòng)空間科學(xué)和行星科學(xué)的發(fā)展。